2021年,美国“毅力号”火星车搭载的“机智号”旋翼式飞行器在火星表面成功起飞,这是人类首次实现地外飞行探测。旋翼式飞行器一般采用自动倾斜盘机构实现姿态调节,这种调姿方案复杂的连杆机构降低了飞行器的可靠性,同时,冗余的伺服电机限制了飞行器的续航时间。因此,本文提出一种电磁驱动模拟周期变距的倾斜盘替代方案,利用螺线管产生磁场,驱动旋翼模拟倾斜盘的周期变距运动。基于电磁理论与单旋翼气动特性模型,设计了增稳控制算法,优选了旋翼系统结构与空间布置参数,设计了系统驱动与控制单元,并通过试验验证了电磁调姿系统的姿态操纵性能。基于倾斜盘周期变距调姿原理,选择螺线管与径向磁化的永磁体同轴布置的构型。基于毕奥-萨法尔定律建立永磁体在有限长密绕螺线管中的偏转力矩方程,分析偏转力矩与变距角度、磁化强度等参数的变化规律。基于ADAMS开展旋翼高频驱动下的刚体动力学仿真,分析旋翼变距运动的形式。建立了旋翼瞬时气动力方程与桨毂受力方程,得到单旋翼系统的配平方程与小扰动线性化模型,分析重心位置对系统静稳定性的影响以及挥舞刚度系数对横纵耦合特性的影响。设计了增稳状态反馈控制算法,并通过仿真验证了旋翼系统在闭环控制下的姿态响应特性。提出了基于电磁驱动调姿原理的总体设计方案,完成了桨叶结构参数设计,确定了系统驱动频率、漆包线线径等重要参数。基于ADAMS联合仿真模型,利用Morris敏感性分析方法研究了电磁驱动模块结构与空间布置参数对变距运动的影响,根据仿真结果优选了各参数。设计了系统硬件电路,实现了电磁驱动信号控制、基于SPI的板级通讯以及旋翼系统的姿态解算。搭建了旋翼系统姿态特性试验装置,基于力学特性测试平台开展了升阻特性试验与调姿力矩试验。分析了模拟周期变距运动对旋翼升阻特性的影响,研究了不同磁场强度与旋翼转速下系统升力与扭矩的波动幅值;通过控制螺线管驱动信号,验证旋翼系统可以产生幅值、相位可操纵的调姿力矩。基于姿态控制试验平台开展了悬停控制试验,在2～6°期望倾倒角度下,悬停稳定性较好,倾倒角度最大波动幅值为0.584°,在8～10°倾倒角度下,姿态响应较快,最短上升时间为0.9 s;倾倒方位角与输入方位角成近似线性关系;在持续操纵条件下,旋翼系统姿态响应特性良好,表明无斜盘单旋翼电磁驱动调姿系统有良好的姿态操纵性能。